地鐵車站蒸發冷凝直膨空調系統應用測試

張 巍

（廣州地鐵設計研究院股份有限公司，廣東 深圳 518000）

1 工程概況

本次應用測試的車站為已開通運營的8A 編組地下二層島式標準車站，公共區總建筑面積為4 980 m2，其中站廳公共區面積3 040 m2，站臺公共區面積1 940 m2。車站范圍共設置5 個出入口，兩端各設置一座新風亭和一座排風亭，新、排風亭兼做蒸發冷凝裝置的進、出風亭。

2 系統組成與原理

蒸發冷凝直膨空調系統屬于冷劑式空調，通過壓縮機消耗電能使制冷劑在管路中相變完成逆卡諾循環實現空調制冷。該系統的組成設備主要包括蒸發冷凝裝置、壓縮機和直膨式空調柜。根據文獻[1]，其制冷原理如下：a.制冷劑在壓縮機處實現絕熱壓縮，由低溫低壓氣態壓縮為高溫高壓氣態；蒸發冷凝裝置起到冷凝器的作用；b.制冷劑在冷凝器位置實現定壓冷凝，由高溫高壓氣態冷凝為中溫高壓液態，直膨式空調柜先后起到膨脹閥和蒸發器的作用；c.制冷劑在節流閥處實現等焓節流，由中溫高壓液態變為低溫低壓氣液兩相；d.制冷劑在蒸發表冷段實現定壓蒸發，由低溫低壓氣液兩相變為低溫低壓氣態，制冷劑蒸發期間吸收空調風中的大量熱量實現空調風的冷卻。蒸發冷凝原理見圖1。

圖1 蒸發冷凝原理圖

2.1 壓縮機

蒸發冷凝直膨空調系統采用單螺桿式壓縮機，由一個圓柱螺桿和兩個對稱布置的平面星輪組成，根據文獻[2]，其工作原理如下：壓縮機內的螺桿螺槽、機殼內壁和星輪齒構成封閉容積。動力傳到螺桿軸上，由螺桿帶動星輪旋轉，氣體由吸氣腔進入螺槽內，完成吸氣過程；當星輪齒在螺槽內相對運動時，封閉容積逐漸減小，氣體受到壓縮，完成壓縮過程；壓縮后的氣體通過排氣孔口和排氣腔排出，完成排氣過程。全過程中制冷劑在裝置內實現絕熱壓縮，由低溫低壓氣態壓縮為高溫高壓氣態。

2.2 蒸發冷凝裝置

蒸發冷凝裝置是以空氣和常溫凈化水作為冷卻介質，利用空氣對流及冷卻水的蒸發帶走制冷劑的冷凝熱，由進風段、過濾段、止回段、風機段、蒸發冷凝段、排風段組成。根據文獻[3]，其工作原理如下：冷卻水送至上部淋水盤，在冷凝排管外表面形成一層水膜，高溫汽態制冷劑由排管上部進入，被管外冷卻水吸收熱量冷凝為液體，吸收熱量的水一部分蒸發為水蒸汽，其余落回集水盤內。EC 風機抽取新風掠過冷凝排管加速水膜蒸發，蒸發的水蒸汽隨新風排走。全過程中制冷劑在裝置內實現定壓冷凝，由高溫高壓氣態冷凝為中溫高壓液態。

2.3 直膨式空調柜

直膨式空調柜為空氣處理末端設備，由過濾段、凈化消毒段、蒸發表冷段、中間段、消聲段、送風段組成，其中蒸發表冷段為帶節流閥的蒸發器。根據文獻[4]，全過程中制冷劑在裝置內完成了兩次狀態變化：在節流閥處實現等焓節流，由中溫高壓液態變為低溫低壓氣液兩相；在蒸發表冷段實現定壓蒸發，由低溫低壓氣液兩相變為低溫低壓氣態。

3 系統計算與配置

3.1 負荷計算，空調負荷計算匯總見表1。

表1 空調負荷計算匯總

3.2 設備配置，設備表見表2。

表2 蒸發冷凝系統主要設備表

3.3 平面設計，平面圖見圖2、圖3。

圖2 A 端蒸發冷凝系統平面圖

圖3 B 端蒸發冷凝系統平面圖

4 測試數據與計算

4.1 測試數據，測試數據見表3。

表3 溫濕度測試數據匯總

4.2 焓濕圖，三組測試數據的焓濕圖匯總見圖4。

圖4 三組測試數據的焓濕圖匯總

（1） 空氣狀態點說明：L 為露點，即蒸發表冷段的出風斷面的空氣狀態；O 為送風點，即送風段的出風斷面的空氣狀態；N1 為站廳點，即站廳回風支管的空氣狀態；N2 為站臺點，即站臺回風支管的空氣狀態；H 為回風點，即回風機出口斷面的空氣狀態；M 為新回混合點，即直膨式空調柜進風斷面的空氣狀態；M1 為廳臺混合點，基于設計廳臺回風比下回風機入口斷面的空氣狀態；H0 為回風點，基于設計溫升下回風機出口斷面的空氣狀態；M0 為新回混合點，基于設計新風比下直膨式空調柜入口斷面的空氣狀態；M00為新回混合點，基于實測回風點H 及設計新風比下直膨式空調柜入口斷面的空氣狀態。

（2） 在站廳N1、站臺N2已測定的情況下，回風點H0 偏移至實測回風點H，新回混合點M0 偏移至實測新回混合點M，存在較大非正常溫濕度偏移。

（3） 新回混合點M00 與實測新回混合點M 較為接近，偏差在允許范圍內，小新風機的新風量基本滿足設計值。

4.3 換熱量，數據表見表4。

表4 換熱量數據匯總

（1） 直膨式空調柜為核心空氣處理設備，根據文獻[5]，其全熱換熱量可用于評價蒸發冷凝系統是否正常運行。

（2） A 端直膨式空調柜的全熱換熱量平均值為462 kW，B 端直膨式空調柜的全熱換熱量平均值為386 kW，而設備在設計參數下的全熱換熱量為398 kW。

5 分析總結與建議

5.1 分析

（1） A 端送風傳感器疑似安裝位置錯誤導致數據偏差極大，已剔除非置信數據。

（2） B 端回風傳感器疑似安裝位置氣流不穩定造成個別數據波動較大。

（3） 回風點H 存在非正常溫升，經計算正常溫升為0.8 ℃左右，而實際溫升可達3 ℃以上。

（4） B 端空調柜換熱量僅為A 端空調柜換熱量的83%。

5.2 總結

（1） 回風H 非正常溫升的原因：a. 隧道排熱TEF 風機和蒸發冷凝裝置的EC 風機同時運行下，大系統PYF 風機出口段正壓較大，而HPF 風機開啟時PYF 風機入口段負壓較大，PYF 風機的連鎖風閥關閉不嚴，存在排風道熱濕空氣吸入；b. 混合風室封堵較差，存在環控機房、新風道、排風道的熱濕空氣吸入；c.A、D 出入口較短且順直，A 出入口的口部正對空曠地帶，遇到風向適宜的情況下會出現較大的穿堂新風，導致實際新風比過大。

（2） B 端空調柜換熱量偏小的原因：a. 冷卻水量不足，導致系統出力不足；b. 小端風系統風閥開度過小，低于設計值。

5.3 建議

（1） 回風H 非正常溫升的解決方案：a. 手動關閉PYF 風機連鎖風閥，加強其在關閉狀態下的嚴密性；b.加強混合風室的封堵；c.出入口穿堂風屬于不可控因素，不在常規設計考慮范圍；且既有車站也存在類似問題，對公共區環境未產生持續不良影響，暫不做特殊處理。

（2） B 端空調柜換熱量偏小的解決方案：a. 核查冷卻水補水泵及蒸發冷凝裝置是否正常運行；b. 通過手動風量調節閥進行風量調節，使總風量達到設計值。